Научная статья на тему 'Расчет характеристик поляризационно-независимого оптического изолятора для волоконно-оптических линий связи'

Расчет характеристик поляризационно-независимого оптического изолятора для волоконно-оптических линий связи Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
588
107
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ВОЛС / НЕВЗАИМНЫЕ ПРИБОРЫ / ЗАЩИТА ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ / LASER DIODE PROTECTION / ОПТИЧЕСКИЕ ИЗОЛЯТОРЫ / OPTICAL ISOLATOR / ВНОСИМЫЕ ПОТЕРИ / INSERTION LOSS / ИЗОЛЯЦИЯ / ISOLATION / ВОЗВРАТНЫЕ ПОТЕРИ / RETURN LOSS / FIBER-OPTICS COMMUNICATION SYSTEMS / NON-RECIPROCAL DEVICES

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Миронов Сергей Александрович

Рассмотрена схема поляризационно-независимого оптического изолятора микрооптического типа, основанного на принципе смещения пучков. Проведен расчет вносимых потерь, изоляции и возвратных потерь изолятора, предназначенного для работы в аппаратуре волоконно-оптических линий связи

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Characteristics calculation of the polarization-independent optical isolator for fiber-optics ommunication systems

The paper deals with the analysis of the polarization-independent optical isolator in micro-optics technology based on the spatial separation of the polarized rays. The calculation results of the insertion loss, isolation and return loss have been presented for the optical isolator intended in fiber-optics communication systems.

Текст научной работы на тему «Расчет характеристик поляризационно-независимого оптического изолятора для волоконно-оптических линий связи»

Работа выполнена при финансовой поддержке Правительства Санкт-Петербурга в

виде гранта № 28-04/18.

Литература

1. Иванов А.Н., Назаров В.Н. Использование явления муара для увеличения точности дифракционных методов контроля геометрических параметров и пространственного положения объектов // Оптический журнал. - 2009. - Т. 76. - № 1. -С. 46-50.

2. Гудмен Дж. Введение в Фурье-оптику. - М.: Мир, 1970.

3. Грейсух Г.И., Ежов Г.И., Земцов А.Ю., Степанов С. А. Разработка методов и про-гаммных средств подавления шумов в интерферограммах на этапе их предварительной обработки // Компьютерная оптика. - 2005. - Т. 28.

4. Лемешко Ю.А, Чугуй Ю.В. Размерный контроль круговых отражающих цилиндров интерференционным методом // Автометрия. - 2003. - Т. 39. - № 5. - С. 42-52.

Иванов Александр Николаевич - Санкт-Петербургский государственный университет ин-

формационных технологий, механики и оптики, кандидат технических наук, доцент, i_off@mail/ru

УДК 681.7.068

РАСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛЯРИЗАЦИОННО-НЕЗАВИСИМОГО ОПТИЧЕСКОГО ИЗОЛЯТОРА ДЛЯ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ СВЯЗИ

С.А. Миронов

Рассмотрена схема поляризационно-независимого оптического изолятора микрооптического типа, основанного на принципе смещения пучков. Проведен расчет вносимых потерь, изоляции и возвратных потерь изолятора, предназначенного для работы в аппаратуре волоконно-оптических линий связи. Ключевые слова: ВОЛС, невзаимные приборы, защита излучателей, оптические изоляторы, вносимые потери, изоляция, возвратные потери.

Введение

В современных волоконно-оптических линиях связи (ВОЛС) для обеспечения стабильного режима одномодовой генерации полупроводникового лазера необходимо защитить его резонатор от воздействия случайных внешних отражений прямого излучения, поступающих из волоконного тракта. Отражения могут происходить от различных неоднородностей в тракте передачи, включая френелевские отражения от разъемных соединителей и мест сварки оптических волокон, а также от поверхностей элементов объемной оптики в функциональных устройствах ВОЛС. Кроме того, обратное ре-леевское рассеяние, возникающее в оптическом волокне, может вносить заметный вклад в обратно возвращающийся сигнал. В результате воздействия отражений возникают хаотические осцилляции выходной мощности, сдвиг и расширение спектра излучения, увеличение уровня шумов и даже коллапс когерентности лазера [1]. К числу объектов, требующих защиты излучателей, относятся высокоскоростные цифровые ВОЛС, аналоговые системы кабельного телевидения, когерентные ВОЛС, ВОЛС с оптическими усилителями, а также волоконно-оптические датчики интерферометриче-ского типа [2].

Для защиты излучателей в аппаратуре ВОЛС используются оптические изоляторы (ОИ) [3], принцип действия которых основан на магнитооптическом эффекте Фара-дея. ОИ является невзаимным оптическим прибором, коэффициент передачи которого изменяется в зависимости от направления распространения оптического излучения. Идеальный ОИ передает световую волну без затухания в одном (прямом) направлении и полностью ослабляет волну, распространяющуюся в обратном направлении. В настоящее время предложено несколько схем ОИ, изготовленных по микрооптической технологии [4-7]. Однако стандартная схема построения ОИ [4, 5] является поляриза-ционно-зависимой, т. е. потери устройства зависят от поляризации входного излучения. Она может быть использована только в специальных случаях, когда состояние поляризации оптического излучения остается неизменным, например, непосредственно на выходе лазера. ОИ, устанавливаемые в аппаратуре линейного тракта ВОЛС, должны быть поляризационно-независимыми, чтобы исключить замирания передаваемого сигнала. Некоторые схемы таких устройств описаны в [3, 6, 7], однако расчет их характеристик не приводится.

В настоящей работе рассмотрена одна из простых схем поляризационно-независимого ОИ, основанного на принципе смещения пучков, который применяется в современных ВОЛС. Представлена методика расчета основных технических характеристик: потерь мощности излучения для прямого направления (вносимые потери), потерь для обратного направления (изоляция) и возвратных потерь (обратные отражения) от входа устройства. Выполнены численные оценки величин достижимых параметров ОИ.

Структурная схема и принцип работы поляризационно-независимого ОИ

Базовая схема и принцип работы однокаскадного ОИ на смещении пучков показаны на рис. 1. Аналогично схеме классического ОИ [4], для получения изоляции используется невзаимный поворот плоскости поляризации в фарадеевском ротаторе (ФР). Для применения в ВОЛС, работающих в диапазоне 1,3-1,55 мкм, ФР изготавливают на основе монокристаллов (или пленок) ферритов - гранатов с высокой магнитооптической добротностью, например, из иттрий-железного граната (ИЖГ) У3Бе5012. Следует

отметить, что в коротковолновом диапазоне 0,85 мкм кристалл ИЖГ обладает значительным поглощением. Поэтому перспективными материалами являются висмутсодержащие гранаты [8], которые, в отличие от традиционных парамагнитных стекол [9], обладают большим фарадеевским вращением, не требуют сильных магнитных полей и обеспечивают малые размеры ФР. Вместо поляризатора и анализатора в схеме ОИ (рис. 1, а) используются двулучепреломляющие элементы (ДЛПЭ) из одноосных анизотропных кристаллов с большим двулучепреломлением, в частности, из рутила (ТЮ2) . В таких кристаллах при распространении света под углом к оптической оси

происходит разделение входного излучения на две ортогонально поляризованные компоненты. Если при этом ДЛПЭ имеет форму плоскопараллельной пластинки, то на выходе появляются два параллельных луча - с обыкновенной (о) и необыкновенной (е) поляризацией, которые смещены в пространстве. Величина смещения о- и е- лучей зависит от толщины ДЛПЭ и типа кристалла. Так, например, для кристалла рутила при распространении под углом ~45° к оптической оси поперечное смещение ё ~ 0,1/, где / - толщина ДЛПЭ. Для ввода и вывода излучения в схеме ОИ используется квазиконфокальная оптическая система, состоящая из двух линз, сопряженных с оптическими волокнами тракта ВОЛС.

На рис. 1, б, показаны пространственное положение пучков и направление поляризационных компонент для прямого и обратного распространения излучения через

ОИ. Заметим, что толщина ДЛПЭ-2 и ДЛПЭ-3 в раз меньше толщины ДЛПЭ-1, а оси смещения лучей развернуты на углы 135° и 45° соответственно. При прямом распространении поступающее в ОИ через порт 1 оптическое излучение с произвольной поляризацией коллимируется линзой и попадает на ДЛПЭ-1. В ДЛПЭ-1 происходит разделение входного пучка (рис. 1, б, поз. 1) на две поляризационные компоненты (поз. 2), которые после прохождения через ФР (поз. 3), ДЛПЭ-2 (поз. 4) и ДЛПЭ-3 (поз. 5) объединяются в один общий пучок, который выходит из ОИ через порт 2. При рассмотрении обратного распространения следует учесть, что, поскольку при прохождении через ДЛПЭ-3 и ДЛПЭ-2 соблюдается закон взаимности (обратимости световых лучей), то в поз. 3 (рис. 1, б) пространственное положение о- и е- лучей и состояние поляризации в них должны быть идентичными как для прямого, так и для обратного направления. Но после прохождения ФР и дополнительного невзаимного вращения на 45° направления поляризации становятся ортогональными по отношению к входным (поз. 2). Поэтому после прохождения ДЛПЭ-1 (поз. 1) оба обратных луча не объединяются, а расходятся и оказываются смещенными на величину с1 относительно места входа излучения. Таким образом, обеспечивается высокая изоляция входного порта 1 независимо от поляризации обратно возвращающихся оптических сигналов.

а)

ОВ Л1 ДЛПЭ-1 ФР ДЛПЭ-2 ДЛПЭ-3 Л2 ОВ

ПОРТ 1 к J к —► ПОРТ 2

1 г 1 г

© © © © ©

б)

* * ф -©- 0 » / Выход ■=>

-е-ч / ф -©- 0 ** ж Вход

Вход ■=>

Выход

с1 1 J

<=>С± ф

Рис. 1. Структурная схема однокаскадного ОИ (а) и положение поляризационных компонент на выходе из элементов ОИ для прямого и обратного направления (б). Цифрами 1-5 обозначены поперечные сечения в рассматриваемых позициях между элементами. ДЛПЭ - двулучепреломляющие элементы, ФР - фарадеевский ротатор,

ОВ - оптическое волокно, Л - линза

Расчет характеристик ОИ

Вносимые потери ОИ А12, т.е. потери для прямого направления распространения, рассчитываются по формуле р

А 12 = -101вР [дБ], (1)

р

где Р2 - оптическая мощность, измеренная на выходе ОИ (порт 2), Р1 - мощность, поступающая на вход (порт 1). Величина А12 может быть представлена в виде суммы потерь различных элементов в структуре ОИ:

А12 = Аос + АДЛПЭ + АФР + Атех , (2)

где Аос - потери в оптической системе, Адлпэ - потери в двулучепреломляющих элементах, АФР - потери в фарадеевском ротаторе, Атех - технологические потери.

Потери Аос обусловлены аберрационными потерями линз коллиматоров (Ааб), потерями, вызванными френелевскими отражениями на торцах ОВ и поверхностях линз (Аотр), а также потерями из-за погрешности юстировки элементов (Аюст):

Аос Ааб + Аотр + Аюст. (3)

На практике при использовании в оптической системе коллиматоров на основе сферических микролинз из стекла К8 диаметром 1,5 мм типичные значения потерь составляют: Ааб ~ 0,2 дБ, Аотр ~ 0,1 дБ, Аюст = 0,3-0,5 дБ. Для системы на градиентных линзах, где снижены аберрационные потери, значение Аос обычно составляет 0,2-0,4 дБ.

Потери в двулучепреломляющих элементах Адлпэ возникают в результате поглощения и рассеяния излучения внутри элемента Апр и френелевских отражений на рабочих поверхностях Аотр, следовательно,

Адлпэ = Аотр + Апр. (4)

Для ДЛПЭ, изготовленных из высококачественных монокристаллов рутила, Апр~ 0, поэтому Адлпэ ~ Аотр = 0,05-0,1 дБ. Таким образом, суммарные потери для трех ДЛПЭ составляют 0,2-0,3 дБ.

Потери в фарадеевском ротаторе рассчитываются аналогичным образом: А ФР = А отр + Апр + А(Аф^). (5)

Здесь А(Аф^) - дополнительные потери, вызванные отличием угла фарадеевского вращения от 45°, которые рассчитываются по формуле [7]

А(Аф^) = - 101в[ес82(Аф^)] [дБ]. (6)

Следует отметить, что даже при значительном отклонении Аф^ =1°, что легко регистрируется, величина А(Аф^) < 0,005 дБ, т.е. может не учитываться. Для ротаторов на основе кристаллов ИЖГ имеем АФР ~ 0,1-0,2 дБ.

Оптические потери Атех, связанные с технологическими допусками на изготовление и установку элементов при производстве ОИ, могут находиться на уровне Атех ~ 0,1-0,3 дБ. Таким образом, расчетное значение прямых потерь ОИ может составлять А12 = 0,7-1,3 дБ в зависимости от уровня развития технологической базы.

Важной характеристикой ОИ, характеризующей изменение вносимых потерь, является поляризационная чувствительность (ПЧ). ПЧ определяется максимальной величиной изменения уровня выходного сигнала ОИ, которая возникает при вращении плоскости поляризации оптического излучения, подаваемого на вход ОИ. Как отмечалось ранее, для рассматриваемой схемы идеального ОИ (рис. 1) вносимые потери не зависят от поляризации распространяющегося излучения, т. е. такой ОИ является поляризационно-независимым устройством. Однако реальный ОИ обладает некоторой ПЧ, даже когда имеет место полное сведение пучков на выходе (рис. 1, б). Типичная величина ПЧ в этом случае составляет 0,1-0,2 дБ и обусловлена различием коэффициентов передачи о- и е-лучей (дихроизмом) при прохождении через элементы ОИ. Снижение ПЧ достигается поляризационным контролем и отбором элементов с идентичными коэффициентами поглощения, отражения и рассеяния для обеих поляризационных компонент.

Следует отметить, что в некоторых ОИ из-за неточностей изготовления и сборки элементов о- и е- лучи не сводятся в один пучок, и между ними на выходе ОИ (после ДЛПЭ-3) образуется пространственное рассогласование. Тогда ПЧ устройства может увеличиваться из-за погрешности установки выходного ОВ относительно оптимального положения, соответствующего минимальной ПЧ.

Изоляция характеризует потери передачи оптической мощности при обратном направлении распространения излучения через ОИ (т. е из порта 2 в порт 1) и определяется следующей формулой:

I = Л21 = -101gP [дБ]

-In

(7)

где Р1 - оптическая мощность, измеренная на входном порте 1, когда мощность Р2 поступает на порт 2.

На практике величина изоляции конкретного ОИ определяется несколькими причинами. Теоретически максимальная достижимая изоляция может быть рассчитана в соответствии с принципом работы ОИ (см. рис. 1) как потери между двумя гауссовыми пучками, смещенными в поперечном направлении:

A2Г = -101g exp

ю

(8)

где с1 - пространственное смещение о- и е- лучей в ДЛПЭ, ш' - радиус модового поля пучка, сформированного коллиматором оптической системы. Из (8) следует, что для получения большой изоляции необходимо увеличивать смещение пучков в ДЛПЭ и уменьшать диаметр коллимированного пучка. На рис 2 приведены расчетные зависимости (8) потерь А21 (изоляции) от поперечного смещения с1 для пучков с различным радиусом модового поля ш'. Как видно из рис. 2, значительная величина изоляции (~ 50 дБ) достигается при достаточно малом относительном смещении ¿/со' = 3,4.

А2и дБ 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Дф, град

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 мкм

Рис. 2. Зависимость изоляции от величины смещения пучков (1, 2) и погрешности угла фарадеевского вращения (3) для различных пучков. Радиус модового поля:

1 - ш'=105 мкм, 2 - ш'=160 мкм

Однако в процессе изготовления ОИ из-за неточностей при юстировке и сборке устройства возможно уменьшение величины изоляции вследствие возникновения паразитных поляризационных компонент, которые достигают входа ОИ без смещения. Среди таких причин можно выделить, во-первых, угловое рассогласование взаимной ориентации ДЛПЭ (рис. 1, б), а также отклонение угла фарадеевского вращения от 45°. Значение изоляции определяется в этом случае выражением [7]

АГ = - 101в[8т2(Аф)] [дБ], (9)

где Дф - величина угловой ошибки. На рис. 2 показано рассчитанное по (9) снижение уровня изоляции при возрастании отклонении угла фарадеевского вращения Дф от номинального значения 45°. Для современного уровня технологии возможно получить Дф ~ 0,1-0,2°, что ограничивает изоляцию на уровне 50-55 дБ. Во-вторых, это вторич-

ное переотражение в ФР, возникающее в результате несовершенства просветляющих покрытий [4]. Уровень изоляции при этом с учетом поперечного смещения пучка при прохождении через ФР можно оценить как

, 2 "

' [дБ], (10)

А£Г = 2 А - 101вехр

и

пю

где Аотр - потери отражения просветляющих покрытий, I - длина ФР, обеспечивающая угол вращения ф^ =45°, п - показатель преломления материала ФР, ш' - радиус модо-вого поля пучка, у - угол наклона рабочих поверхностей ФР к оси распространения. Если взять, например, типичные значения: 2 Аотр = 40-50 дБ (коэффициент отражения

покрытий Я= 0,3-1 %), I = 2,6 мм, п = 2,2 (кристалл ИЖГ, длина волны 1,55 мкм), ш' = 105 мкм и угол у = 1°, то оценка согласно (10) показывает ограничение изоляции на уровне А21 ~ 41-51 дБ. Еще одна причина снижения изоляции - рассеянное излучение в ДЛПЭ и ФР, возникающее вследствие наличия различных дефектов в кристаллах. Обычный уровень такого рассеянного неполяризованного излучения в стандартных кристаллов рутила и ИЖГ составляет Атех = 40-45 дБ. Поэтому величина изоляции реального устройства определяется не теоретическим значением А21 , рассчитанным согласно (8), а ограничена наименьшим значением изоляции, обусловленным одной из перечисленных выше причин. Для рассмотренного однокаскадного ОИ типичное значение изоляции составляет А21=40-45 дБ. Для получения более высокой изоляции необходимо использовать многокаскадные ОИ [8, 9].

Возвратные потери. Возвратные (или обратные) потери ОИ характеризуют потери мощности поступающего входного сигнала в результате частичного отражения от входного порта. Они могут быть рассчитаны по формуле Р'

Аи =-101вР [дБ], (11)

Р1

где Р1 - оптическая мощность, вводимая во входной порт 1, Р1' - мощность, возвращенная обратно из этого же порта. В ОИ (рис. 1) источниками обратных френелевских отражений являются свободный торец ОВ, поверхности линзы входного коллиматора, а также поверхности ДЛПЭ и ФР. Для уменьшения отражений торец ОВ, как правило, имеет просветляющее покрытие и наклонен к оси волокна. В этом случае уровень обратных отражений от входного ОВ можно рассчитать по формуле

1 [дБ], (12)

А™ = А™ - 101вехр

где Аотр - потери, определяемые коэффициентом отражения просветляющего покрытия

на ОВ, а - угол наклона торца ОВ к оси, 0 - угол распространения излучения в ОВ, определяемый его числовой апертурой. Если взять коэффициент отражения покрытия Я= 0,3%, то А™ ~ 25 дБ, и при а = 5,5° и 0 = 3,5° получаем А°в ~ 68 дБ.

Возвратные потери, вызванные отражениями от поверхностей ДЛПЭ и ФР, описываются выражением

где Аотр - потери просветляющего покрытия, у - угол наклона поверхности элемента к оси, 0 ' = А/пш' - угловая расходимость пучка, сформированного входным коллимато-

АЭ = А0ЭТр - 101вехр

[дБ], (13)

ром. В случае использования просветляющих покрытий с коэффициентом отражения Я = 1% имеем А^ = 20 дБ. Тогда для углов у = 0,5° и 0' - 0,29° (ш' = 105 мкм) полу-

отр

<Э ,

чаем величину обратных потерь А11 - 73 дБ.

Возвратные потери, обусловленные френелевскими отражениями от линзы входного коллиматора, могут быть записаны в следующем виде:

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

АЛ = АоЛтр + А Л (г, х), (14)

где АЛ - потери отражения просветляющего покрытия на линзе. Для коэффициента отражения Я = 0,3% получаем А^- 25 дБ. Второе слагаемое А(г,х) в (14) является

функцией радиуса линзы и ее положения относительно оси пучка. Экспериментально установлено [15], что для сферической микролинзы диаметром порядка 1 мм величина АЛ (г, х) - 40 дБ. Таким образом, расчетный уровень обратных отражений от линзы составляет АЛ - 65 дБ. В заключение следует отметить, что величина возвратных потерь всего устройства А11 определяется наименьшим значением возвратных потерь, обусловленных отражением от его компонентов ( А™ , АЭ , АЛ ), и на практике обычно находится в пределах 55-60 дБ.

Спектральная и температурная область работы ОИ

При эксплуатации ОИ в составе ВОЛС важное значение приобретают такие характеристики, как спектральный диапазон и температурный интервал работы устройства, в пределах которых вносимые потери и изоляция удовлетворяют требуемым значениям. Ширина спектрального диапазона АХ определяется совместным действием различных причин: дисперсией показателей преломления материалов, из которых изготовлены элементы, характеристиками просветляющих покрытий, а также дисперсией фа-радеевского вращения в кристалле ФР. Обычно спектральный диапазон работы ОИ является достаточно узким, АХ/Х 0 - 1-2% (здесь Х0 =1545 нм - рабочая длина волны). Поэтому можно считать, что характеристики покрытий и материалов в этом диапазоне при АХ от - 15 нм до +15 нм изменяются незначительно и практически не влияют на величину вносимых потерь и изоляции, а основное влияние оказывает дисперсия фара-деевского вращения. Для кристалла ИЖГ спектральная зависимость удельного фараде-евского вращения фр (х) является нелинейной, но в узкой области в окрестности Х0 =1545 нм, где фр (Х 0)=173,1 град/см [4], возможна линейная аппроксимация с коэффициентом ёф р / dХ- - 0,2 град/(см-нм). Тогда на краях диапазона, где Х= Х0± АХ, отклонение угла фарадеевского вращения ФР от номинального значения 45° можно определить по формуле

ёф \

Афр(Х)=|45" - фр(Х)

ёХ

•• АХ

г ,(15)

где г - длина ФР. В этом случае вносимые потери и изоляцию можно рассчитать согласно (6) и (9) соответственно. Расчеты показывают, что при изменении длины волны на АХ от Х0 происходит монотонное снижение изоляции. Так, при АХ=15 нм, когда отклонение угла фарадеевского вращения составляет Афр - 0,8°, изоляция в соответствии с (9) составляет ~37 дБ, а при АХ =20 нм имеем Афр - 1° и величину изоляции ~35 дБ. Что касается вносимых потерь, то в соответствии с (6), даже на краях диапазона, когда АХ =20 нм, увеличение вносимых потерь составляет не более 0,005 дБ и может не учитываться. Та-

ким образом, ширина спектрального диапазона работы ОИ определяется допустимым уровнем снижения изоляции и составляет на практике 30-40 нм.

Изменение вносимых потерь и изоляции может происходить также при воздействии температуры T, что обусловлено, главным образом, температурной зависимостью фарадеевского вращения. Изменение T вызывает отклонение угла поворота плоскости поляризации в ФР от оптимального значения фF =45°. Температурные зависимости вносимых потерь и изоляции, также как и рассмотренные ранее спектральные зависимости, могут быть рассчитаны по формулам (6) и (9) для различных отклонений Дф F (T), определенных аналогично Дф F (X) (15).

Для кристалла ИЖГ известно, что в интервале T от 0°C до 47°С температурный коэффициент удельного фарадеевского вращения dфFIdT ~ -0,13 град/(см-К) [10]. Проведенные расчеты показывают, что при длине ФР t=0,26 см и удельном вращении ИЖГ ф'F =173,1 град/см (для To =20°С и Xo=1545 нм) отклонение угла фарадеевского вращения от 45° составляет ДфF ~ 1° в интервале температур T от -10°C до +50°C. Тогда в соответствии с (9) на краях указанного температурного интервала изоляция уменьшается до уровня ~35 дБ, но при этом согласно (6) увеличение вносимых потерь пренебрежимо мало (<0,005 дБ).

Таким образом, и ширина спектрального диапазона, и величина температурного интервала работы ОИ определяются допустимым уровнем снижения величины изоляции.

Заключение

Рассмотрена схема однокаскадного поляризационно-независимого оптического изолятора, основанного на принципе смещения пучков, который используется в аппаратуре ВОЛС. Рассчитаны основные технические характеристики - вносимые потери, изоляция и возвратные потери. Показано, что при современном уровне технологии практически достижимые параметры составляют: вносимые потери 0,7-1,3 дБ, изоляция 40-45 дБ, возвратные потери 55-60 дБ. Улучшение этих характеристик возможно при изготовлении элементов ОИ ( ДЛПЭ, ФР ) из оптически однородных кристаллов со сниженным до 50-60 дБ уровнем рассеянного излучения, потерями не более 0,05 дБ и просветляющими покрытиями с коэффициентом отражения не более 0,1 %. Предложенная методика может быть использована для расчета более сложных структур многокаскадных оптических изоляторов [11, 12] и циркуляторов [13, 14].

Литература

1. Lang R., Kobayashi К. External optical feedback effects on semiconductor injection laser properties II IEEE Journal on Quantum Electronics. - 1980. - Vol. QE-16. - P. 347-352.

2. Pan J.J., Shih M., Shih K. High-performance fiberoptic systems rely on special isolators II Laser Focus World. - 1993. - №6. - P. 167-169.

3. Chang K.W., Schmidt S., Sorin W.V. et al. A high-performance optical isolator for lightwave systems II Hewlett-Packard Journal. - 1991. - № 2. - P. 45-50.

4. Fischer G. The Faraday optical isolator II Journal of Optical Communications. - 1987. -V. 8. - № 1. - P. 18-21.

5. Green A.F., Georgiou G. Compact bulk optical isolator with monomode fibre pigtails for use at 1.3 p,m II Electronics Letters. - 1986. - V. 22. - № 10. - P. 1045-1046.

6. Shirasaki M., Asama K. Compact optical isolator for fibers using birefringent wedges II Applied Optics. - 1982. - V. 21. - № 23. - P. 4296-4299.

7. Chang K.W., Sorin W.V. Polarization independent isolator using spatial walkoff polarizers // IEEE Photonics Technology Letters. - 1989. - V. 1. - P. 68-70.

8. Tsushima K. A compact high-performance optical isolator // JEE. - 1984. - V. 21. -№ 205. - P. 78-80.

9. Kuwahara H.,Onoda Y.,Sasaki M. An optical isolator for semiconductor lasers in the 0,8 цт range// Optical Communications. - 1984. - V. 40. - № 2. - P. 99-104.

10. Matsumoto S., Suzuki S. Temperature-stable Faraday rotator material and its use in highperformance optical isolators// Applied Optics. - 1986. - V. 25. - № 12. - P. 1940-1945.

11. Shiraishi K., Kawakami S. Cascaded optical isolator configuration having high-isolation characteristics over a wide temperature and wavelength range // Optics Letters. - 1987. -V. 12. - № 7. - P. 462-464.

12. Chang K.W., Sorin W.V. High-performance single-mode polarization-independent isolators // Optics Letters. - 1990. - V. 15. - № 8. - P. 449-451.

13. Рудов Ю.К., Зингеренко Ю.А., Оробинский С.П., Миронов С. А. Применение оптических циркуляторов в волоконно-оптических системах передачи // Электросвязь. -1999. - № 6. - С. 36-38.

14. Koga M., Matsumoto T. High-isolation polarization-insensitive optical circulator for advanced optical communication systems // Journal of lightwave technology. - 1992. -V. 10. - № 9. - P. 1210-1217.

15. Drogemuller K. A compact optical isolator with a plano-convex YIG lens for laser-to-fiber coupling // Journal of lightwave technology. - 1989. - V. 7. - № 2. - P. 340-346.

Миронов Сергей Александрович - Санкт-Петербургский государственный университет ин-

формационных технологий, механики и оптики, кандидат физико-математических наук, ст.н.с., доцент, s.a.mironov@inbox.ru

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.